Báo cáo khoa học: "Giới thiệu Phương pháp đo và các kết quả xác định hệ số bám bánh xe với ray trong vận hành" pot

Giới thiệu Phơng pháp đo v các kết quả
xác định hệ số bám bánh xe với ray
trong vận hnh

PGS. TS. vũ duy lộc
Bộ môn Đầu máy - Toa xe
Khoa Cơ khí - Trờng ĐHGTVT

Tóm tắt: Bi báo giới thiệu phơng pháp v những kết quả thí nghiệm xác định hệ số bám
của bá
nh xe với ray của đon tầu chuyển động ở vận tốc đến 200km/h.
Summary: The article is an introduction of test results and method of evaluating the
adhesion coefficient between wheel and rail of the train moving with the speed up to 200km/h.

i. đặt vấn đề
Nâng cao tốc độ chuyển động đoàn tầu cần giải quyết một loạt vấn đề cơ bản để đảm bảo
an toàn vận hành, đó là phải đảm bảo lực hãm nhỏ hơn hoặc bằng lực bám của bánh xe với ray.
Lực bám phụ thuộc vào hệ số bám, tải trọng trục Vì vậy cần nghiên cứu, xác định quan
hệ giữa hệ số bám thí nghiệm với hệ số bám tính toán. Từ kết quả nghiên cứu hệ số bám xác
định lực hãm hợp lý và hoàn thiện thiết bị chống lết bánh xe khi hãm.
ii. Nội dung
Với mục đích phản ánh
sự ổn định đợc thực hiện
trong vận hành những thay
đổi kết quả nghiên cứu theo
giới hạn xác định của hệ số
bám bánh xe với ray trong
chu kỳ theo dõi, trên cơ sở
đó hiệu chỉnh những chỉ
tiêu nhận đợc và mối quan

hệ trong tính toán.
Bảng 1
Trị số của hệ số bám (v) phụ thuộc vào
tải trọng trục (tấn)
Loại Tốc độ
toa xe (km/h)
6 10 15 20 22
20 0,131 0,126 0,121 0,116 0,113
Hầu hết những nghiên
cứu thử nghiệm quá trình
bám bánh xe với ray khi hãm phụ thuộc vào thời gian hãm. Trong những năm 1970, tập san
đã giới thiệu 1500 thí nghiệm trên chiều dài khu gian hơn 30.000km để xây dựng
quan hệ hệ số bám phụ thuộc vào tốc độ, tải trọng trục đối với các loại đoàn tầu khách, hàng và
đầu máy.
100 0,097 0,094 0,090 0,086 0,084
Hàng
120 0,093 0,090 0,085 0,082 0,088
40 0,138 0,130 0,124 0,122
120 0,107 0,102 0,097 0,090
140 0,102 0,098 0,094 0,088
Khách
160 0,092 0,094 0,090 0,082
200 0,087 0,080 0,076

Để thuận tiện cho sử dụng khi tính toán hãm trong điều kiện cho phép, hệ số bám bánh xe
với ray giới thiệu trong bảng 1.
Những kinh nghiệm vận hành và nghiên cứu chuyên dùng thực hiện trên các tuyến đờng
sắt thấy rằng, tỷ lệ giữa lực bám và lực hãm đoàn tầu theo kết quả tính toán nhận đợc những
giá trị rất tản mạn (thờng không theo quy luật), có khoảng 10% sác xuất bánh xe bị trợt trong
vận hành (hình 1).

P
= 0,17 - 0,0015 (q
o
- 5).
v + 576
4v +576

Trong trờng hợp chung,
giới hạn lực bám bánh xe với
ray cũng nh hệ số bám yêu
cầu phải lớn hơn lực hãm và
hệ số ma sát (xác định theo lý
thuyết của sác xuất và biến
dạng dẻo kim loại).
Hệ số bám phụ thuộc
loại đoàn tầu, điều kiện môi
trờng xung quanh, hớng vận
chuyển, vật liệu chế tạo guốc
hãm và tốc độ vận hành.
Từ kết quả thí nghiệm của
nhà máy chế tạo toa xe
trong những điều
kiện vận hành OAO, ngời ta đã chế tạo một loại toa xe mới có tổng trọng 57,9 tấn (tải trọng
trục q
o
= 14,475tấn), toa xe đợc trang bị hãm đĩa có bán kính đĩa hãm r = 237mm, bán kính
bánh xe R = 475mm, có thiết bị chống lết bape - 4, van hãm loại 182 - 01, có thiết bị thông báo
áp lực loại N
o

115A chế tạo tại OAO -".
Hình 1. Giới thiệu hệ số bám bánh xe với ray, phụ thuộc vo tốc độ
chuyển động của đon tầu trên khu đoạn:
trong đó:
Hệ số bám tính toán;
Hệ số bám theo kết quả hãm dừng tầu;
o Hệ số bám theo kết quả lực hãm trên một trục.

k
0,1

0,08

0,06

0,04

0,02

0
60

80 100 120

140

160 180 200 V, km/s
0,12

Mỗi xi lanh hãm toa xe nối trực tiếp với

hệ thống truyền động (xem hình 2) tạo
thành lực ép K trên hai má hãm theo hai
phía đĩa hãm của bộ trục bánh.
Để đo trị số lực nén K, ngời ta đã sử
dụng đát trích kẹp chặt trên cá hãm. Mục
đích để xác định điểm phù hợp với trị số
ứng suất kéo, nén trên những phía khác
nhau của chi tiết.
Căn cứ vào sơ đồ giới thiệu ở trên,
ngời ta xác định đợc lực nén K, lực hãm B
T
, hệ số ma sát trên cơ sở biến dạng uốn của biên
treo.

Bánh xe
Lực hãm B
T

Giá chuyển
Đ
át trích đo lực
nén K

Xi lanh hãm

Đ
át trích đo lực
hãm B
T

Đ
ĩa hãm
Má hãm
Quan
g
treo
Hình 2.
Trong thí nghiệm đã sử dụng loại đát trích có dải từ 0 ữ 10KG/cm
2
, độ sai lệch không

P
k
, KG/cm
2
quá 0,5% để đo áp lực.
Phân tích biểu đồ cho thấy,
áp suất xilanh hãm lớn nhất
4,1KG/cm
2
, thời gian nạp đầy
xilanh hãm 4,9 giây, toa xe đợc
trang bị guốc hãm comporits loại
max 140 - 42 - 70.
5
Trong chu kỳ đầu tiên thực
hiện 34 thí nghiệm đánh giá mức
độ bám bánh xe với ray khi hãm
ở tốc độ 80 ữ 200km/h, có 26 thí nghiệm trị số lực bám đạt đợc nằm trong giới hạn cho phép, 5
thí nghiệm nhận đợc giá trị lực bám lớn nhất, khoảng 20 ữ 30% trờng hợp thiết bị tự động

chống lết làm việc, 3 trờng hợp cặp trục bánh xe bị trợt với chiều dài từ 30 ữ 50mm.
Thực tế trong mỗi trờng hợp
giá trị cuối cùng áp suất đạt đợc
của xilanh hãm vợt quá giá trị tính
toán. Kết quả ghi lại của 1 trong 26
thí nghiệm khi trị số trợt bộ trục
bánh lớn nhất do hãm có quan hệ với
thiết bị chống lết.
Rõ ràng, trong trờng hợp ở khu
vực bị lết, sự bám giảm tạo điều kiện
phát triển lết, còn sau khi bánh xe
đợc hãm có lực hãm nhỏ hơn lực
bám thì bánh xe tự khôi phục lại
chuyển động quay. Giá trị hệ số bám khi thí nghiệm bằng khoảng 75% giá trị tính toán.
Khi lực hãm bằng lực bám, một trong những cặp bánh xe giảm sự quay, trong thời gian đó
tồn tại một trục bánh xe nào đó quay xung quanh nó. Dới tác dụng của lực hãm tác dụng vào
cặp trục bánh làm giảm gia tốc chuyển động với trị số lớn nhất là 15 km/h/s (4m/s
2
) thì sự trợt
tơng đối xẩy ra khoảng 8%. Điều đó phù hợp với nhịp làm việc của thiết bị chống lết, đóng van
cung cấp gió ép vào xilanh hãm và mở van xả gió ép xi lanh hãm ra ngoài trời cho đến khi sự
trợt bộ trục bánh giảm đến ngỡng (mức ) quy định. Sau đó van xả đóng, mở van cung cấp và
quá trình hãm đợc lặp lại. Kiểm tra tốc độ quay mỗi bộ trục bánh xe, xác định những trị số của
số lần trợt bánh xe, giảm gia tốc và so sánh những trị số nhận đợc với những ngỡng cho
trớc có hơn 40 lần cho mỗi cặp bánh xe quay khi tốc độ chuyển động toa xe đến 200km/giờ.
(Khi hãm toa xe của đoàn tầu vận hành với tốc độ cao, trang bị guốc hãm gang hãm suất có thể
lấy Bánh xe = 90 ữ 100%).
Kết quả thí nghiệm xác định hệ số bám bánh xe với ray đoàn tầu khách khi hãm với tốc độ
bắt đầu hãm đến 200km/h giới thiệu trong bảng 2.
áp suất gió ép ống hãm chính

4
3
2
1
0
10 11 12 13 14 15 16 17

18

19

t, s
áp suất gió xilanh hãm

Hình 3. Giới thiệu biểu đồ nạp đầy gió xilanh hãm khi hãm khẩn
V,km/h
220
200
180
160
140
120
100
80
20
40
60
0
-20

10 12 14 16 18 20 22 24 26

28

30

5
,
5

5

4
,
5

4

3
,
5

3

2
,
5

2

0
,
5

1

1
,
5

0

-0,5

2
,
2
2
1
,
8
1
,
6
1
,
4
1
,
2

1
0
,
8
0
,
2
0
,
4
0
,
6
0
-0,2
P, atm

BT
Tốc độ chuyển động của
tr
ụ
c bánh
Hình 4. Ghi kết quả thí nghiệm với sự trợt tơng đối
không lớn của bộ trục bánh

Bảng 2

Với guốc hãm chất dẻo loại 140-42-70
Tốc độ bắt
đầu hãm

áp suất ống
hãm chính
kG/cm
2
áp suất
xilanh hãm
kG/cm
2
Vị trí đứng
km+c
C - số cột
mốc
Đờng hãm
Hệ số
tính toán
lực nén
vP

Hệ số bám
thực tế
bánh xe
trên ray
p

P
=
p
/
K

100 4,92 3,55 480,9 0,39 0,100 0,926
109 4,95 1,13 586,9 0,38 0,096 0,914
154,7 4,90 4,10 1554,1 0,28 0,067 0,705
155 4,93 4,11 1404,7 0,29 0,064 0,728
184,2 4,89 1,04 1778 0,33 0,077 0,854
82,2 4,80 4,00 282,3 0,49 0,130 1,130
99 4,8 4,00 387,7 0,51 0,131 1,202
100,7 4,85 4,04 412,2 0,49 0,126 1,161
141 4,80 4,01 1036,4 0,34 0,082 0,837
162 4,90 4,00 1596 0,28 0,066 0,691
125 4,83 4,00 939,4 0,29 0,072 0,713
84 4,93 4,08 378,4 0,35 0,093 0,830
157,9 4,99 4,16 1112,4 0,41 0,098 1,032
198,8 4,95 4,08 1792 0,39 0,089 1,011
202,2 4,94 4,07 1862,3 0,39 0,089 1,023
Để thuận lợi cho nghiên cứu thực tế, ta đặt hệ số
P
xác định bằng tỉ lệ tơng ứng giữa hệ
số bám thí nghiệm
P
với hệ số bám tính toán [
K
] trong những điều kiện giống nhau về tốc độ
chuyển động và tải trọng:
P
=
K
p

Trong một loại 15 thí nghiệm giới thiệu trên bảng, hệ số hãm (hãm suất) trung bình là
0,374 =
P
v
, sai lệch lớn nhất so với
P
v
là 30%, hệ số bám trung bình
P
= 0,092 bằng khoảng
90% hệ số bám tính toán
K
= 0,9176.
iii. Kết luận
1. Nghiên cứu và chuẩn bị thiết
bị đo tổng hợp cho phép nâng cao độ
chính xác và đánh giá đúng giá trị lực
nén guốc hãm (đĩa hãm) và lực hãm
khi hãm cũng nh động lực học quá
trình hãm với sự trợt trong thời gian
ngắn.
2. Những kết quả đo thực tế
nhận đợc cho phép đánh giá điều kiện bám bánh xe với ray trên khu gian so với hệ số bám
tính toán và những kết quả đo trong điều kiện của những năm trên đây.

0,14
0,12
0,1
0,08

0,06
0
40 80 120

160

V,

km/h
1
2
3

Hình 5. Đồ thị hệ số bám bánh xe với ray phụ thuộc vo tốc độ
Hệ số bám tính toán (k);
2,3 - hệ số bám thực tế tơng ứng với lực nén
K =
2,1tấn/tr
ụ
c và K = 2,85tấn/tr
ụ
c
3. Kết quả nghiên cứu là cơ sở xác định hệ số bám bánh xe với ray và hợp lý hoá sử dụng
thiết bị chống lết bộ trục bánh xe.

Tµi liÖu tham kh¶o
[1]. КАЗАРИНОВ В.М ВУКОЛОВЛА. КОЭФФИЦЕЛТЫ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИПРИ
ТОРМОЖЕНИИ. ТРУДЫ ВНИИЖТ“ ИССЛЕДОВАНИЕ АВТО-ТОРМОЗНОИ ТЕХНИКИ НА ЖЕЛЗНЫХ
ДОРОГАХ СССР. ВЫП 212.1961.
[2]. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИИ ОПЫТНЫХ КОНСТРУКЦИИ В.Г ИНОЗЕМЦЕВ М.Д.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ и ТЕПЛОВОЗНАЯ ТЯГА 1994.
[3]. КАЗАРИНОВ В.А ПОВЫЫЩЕНИЕ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИ В РЕЖИМАХ ПОЕЗДОВ.
ВНИИЖТ ВЫП 604.М.Транепорм. 1979.
[4]. Казаринов А.В. ВЫбОР ОПМИЦАЛЬНОГО РАСЪЕМНОГО КОЭФИЦИЕНМА СЦЕЛЕМИЯ КОЛЕС С
РЕЛЬСАМИ ГЛЯ ВАЪОНОВ С ГИИЕККОВЫИ ТОРИОЗОЦ. ВНИИЖТ ВЫП 629.М.Транепорм. 1980
♦